JP6858143B2

JP6858143B2 - 中継局を介して基地局と移動通信装置が通信する無線アクセスシステム

Info

Publication number: JP6858143B2
Application number: JP2018010418A
Authority: JP
Inventors: ヨンビンキム; 浩輔山崎
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019129433A

Description

本発明は、非直交多元アクセス（ＮＯＭＡ）技術を使用し、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムに関する。

信号対雑音比（ＳＮ比）の異なる複数の移動通信装置（ＵＥ）に対して、パワー軸で重ね合わせた信号を送信し、移動通信装置では逐次干渉除去（ＳＩＣ）により、自装置宛の信号を取り出す非直交多元アクセス（ＮＯＭＡ）技術が提案されている。非特許文献１は、ＮＯＭＡ技術を使用し、基地局（ＢＳ）が、半二重中継局（ＲＳ）を介してＵＥと通信する無線アクセスシステムを開示している。なお、半二重中継局とは、送信と受信を同時に行えない中継局を意味する。

以下、図１を用いて非特許文献１が開示する構成を説明する。ＢＳは、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２宛の信号をＮＯＭＡ技術により重ね合わせて送信する。以下、ＵＥ＃１宛の信号を信号Ｓ_１と呼び、ＵＥ＃２宛の信号を信号Ｓ_２と呼び、信号Ｓ_１と信号Ｓ_２とをＮＯＭＡ技術により重ね合わせた信号を、単に、多重信号と呼ぶものとする。ＲＳ＃１〜ＲＳ＃５は、それぞれこの多重信号を受信し、多重信号から信号Ｓ_１と信号Ｓ_２とを取り出す。なお、多重信号から信号Ｓ_１を取り出すことを多重信号から信号Ｓ_１を復号するとも表現し、多重信号から信号Ｓ_２を取り出すことを多重信号から信号Ｓ_２を復号するとも表現する。

続いて、信号Ｓ_１と信号Ｓ_２の両方を復号できたＲＳから所定の基準で１つのＲＳが選択される。ここでは、ＲＳ＃３選択されたものとする。この場合、ＲＳ＃３は、信号Ｓ_１と信号Ｓ_２の多重信号を送信し、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、この多重信号を受信して、自装置宛の信号をそれぞれ復号する。なお、この間、ＲＳ＃３は、多重信号を受信できないため、選択されたＲＳ＃３が多重信号を送信している間、ＢＳは、次の多重信号を送信せず、ＲＳ＃３が多重信号の送信を終えた後、ＢＳは、次の多重信号の送信を開始する。

ＺｈｉｇｕｏＤｉｎｇ，ｅｔａｌ．，"ＲｅｌａｙｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅＮＯＭＡ"，ＩＥＥＥＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．５，ｎｏ．４，ｐｐ．４１６−４１９，２０１６年８月

図４は、非特許文献１の構成における多重信号送信タイミングの説明図である。なお、１回の多重信号の送信を１つのタイムスロット（ＴＳ）としている。まず、ＴＳ＃１で、ＢＳが多重信号を送信し、ＲＳ＃１〜＃５がこの多重信号を受信する。続いて、ＴＳ＃２で、選択されたＲＳ、ここでは、ＲＳ＃２が多重信号を送信する。このとき、ＢＳ並びにＲＳ＃１及びＲＳ＃３〜５は待機状態となる。続いて、ＴＳ＃３で、ＢＳが多重信号を送信し、ＲＳ＃１〜＃５がこの多重信号を受信する。続いて、ＴＳ＃４で、選択されたＲＳ、ここでは、ＲＳ＃１が多重信号を送信する。このとき、ＢＳ及びＲＳ＃２〜＃５は待機状態となる。この様に、非特許文献１の構成では、ＢＳとＲＳとが同時に多重信号を送信できず、送信効率が劣化する。

本発明は、ＮＯＭＡ技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高める技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記基地局が前記複数の中継局のいずれか１つの中継局を介して前記複数の移動通信装置それぞれへの多重信号を送信する無線アクセスシステムであって、前記基地局は、第１タイムスロット及び前記第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいて前記多重信号を送信し、前記複数の中継局は、前記第１タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号を復号し、前記第１タイムスロットで前記基地局から受信した前記多重信号の復号に成功したかを前記第２タイムスロットの前に前記複数の移動通信装置に通知し、前記複数の移動通信装置の移動通信装置は、それぞれ、前記第１タイムスロットで前記基地局から受信した前記多重信号の復号に成功した中継局のうち、当該移動通信装置とのチャネル利得が所定の条件を満たす中継局を示す情報を、前記複数の中継局に通知し、前記複数の中継局は、前記複数の移動通信装置それぞれから受信するチャネル利得が前記所定の条件を満たす中継局を示す情報に基づき、前記第１タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号の復号に成功し、かつ、チャネル利得が前記所定の条件を満たす候補中継局を示す情報を前記複数の移動通信装置に送信し、前記複数の移動通信装置のうちの第１移動通信装置は、前記候補中継局から、前記第１移動通信装置とのチャネル利得が最大の中継局を第１中継局として前記複数の中継局に通知し、前記複数の中継局のうちの前記第１中継局は、前記第２タイムスロットにおいて、前記基地局から前記第１タイムスロットで受信した前記多重信号の復号結果に基づき前記複数の移動通信装置それぞれへの多重信号を生成して送信し、前記複数の中継局のうちの前記第１中継局とは異なる第２中継局は、前記第２タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号を復号する、ことを特徴とする。

本発明によると、ＮＯＭＡ技術に従い、基地局が中継局を介して移動通信装置と通信する無線アクセスシステムにおいて送信効率を高めることができる。

一実施形態による無線アクセスシステムの構成図。一実施形態による多重信号送信タイミングの説明図。一実施形態によるＲＳ選択のシーケンス図。背景技術による多重信号送信タイミングの説明図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図１は、本実施形態による無線アクセスシステムの構成を示している。図１によると、無線アクセスシステムは、１つのＢＳと、５つの半二重ＲＳ＃１〜ＲＳ＃５と、２つのＵＥ＃１及びＵＥ＃２と、を備えている。なお、ＵＥ＃１は、ＵＥ＃２より優先度が高く、ＵＥ＃１に対するターゲットレートをＲ_１とする。また、ＵＥ＃２に関しては、優先度がＵＥ＃１より低く、ターゲットレートをＲ_２とするが、エラーの発生を許容する、ベストエフォート型とする。図２は、本実施形態における多重信号送信タイミングの説明図である。まず、非特許文献１の構成とは異なり、本実施形態においてＢＳは、総てのＴＳにおいて多重信号を送信する。ＴＳ＃１でＲＳ＃１〜ＲＳ＃５は、多重信号を受信し、多重信号から信号Ｓ_１及び信号Ｓ_２を復号する。ここで、図２においては、信号Ｓ_１及び信号Ｓ_２の復号に成功したＲＳを○で示し、復号に失敗したＲＳを×で示している。ＴＳ＃１において、多重信号の復号に成功したＲＳを、以下では、ＴＳ＃１における候補ＲＳと呼ぶものとする。同様に、ＴＳ＃ｎで多重信号の復号に成功したＲＳを、以下では、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳと呼ぶものとする。

ＴＳ＃１における候補ＲＳからＴＳ＃２において多重信号を送信するＲＳが選択される。なお、どの様に選択するかについては後述する。図２においては、ＴＳ＃１における候補ＲＳからＲＳ＃２が選択され、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２は、多重信号を送信している。ＴＳ＃２においてＲＳ＃２は多重信号を送信するため、ＲＳ＃２は、ＴＳ＃２において基地局が送信する多重信号を受信できない。なお、他のＲＳ＃１、ＲＳ＃３、ＲＳ＃４及びＲＳ＃５は、基地局からの多重信号を受信する。ここで、ＲＳ＃１、ＲＳ＃５は、ＴＳ＃１における候補ＲＳであるため、ＲＳ＃１及びＲＳ＃５にとっては、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号は既知である。したがって、ＲＳ＃１及びＲＳ＃５は、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号の影響を除去して、基地局からの多重信号を精度良く受信することができる。なお、ＲＳ＃３、ＲＳ＃４は、ＴＳ＃１における候補ＲＳではなく、よって、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４にとっては、ＴＳ＃２においてＲＳ＃２が送信する多重信号は既知ではない。しかしながら、ＲＳ＃２と、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４とのチャネル利得によっては、ＲＳ＃３及びＲＳ＃４も、ＴＳ＃２において、基地局からの多重信号から信号Ｓ_１及び信号Ｓ_２を取り出すことができる。図２の例においては、ＴＳ＃２において、ＲＳ＃１、ＲＳ＃４及びＲＳ＃５が基地局からの多重信号の復号に成功し、よって、ＴＳ＃２における候補ＲＳとなっている。

以下、同様に、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳからＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳを選択する。そして、ＴＳ＃（ｎ＋１）においては、多重信号を送信しているＲＳ以外のＲＳが、ＢＳからの多重信号を受信し、このうち、多重信号から信号Ｓ_１及び信号Ｓ_２を取り出すことができたものが、ＴＳ＃（ｎ＋１）における候補ＲＳとなる。

続いて、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳからＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳをどの様に選択するかについて説明する。なお、以下の説明において、図１に示す様に、ＢＳからＲＳ＃ｋ（ｋは１〜５の整数）へのチャネル利得をｈ_ｋとする。また、ＲＳ＃ｋからＵＥ＃１へのチャネル利得をｇ_ｋ１とし、ＲＳ＃ｋからＵＥ＃２へのチャネル利得をｇ_ｋ２とする。なお、ＲＳ＃ｋは、チャネル利得ｈ_ｋを、任意の公知の方法、例えば、ＢＳからのパイロット信号の測定等により知っているものとする。同様に、ＵＥ＃１は、チャネル利得ｇ_ｋ１を知っており、ＵＥ＃２は、チャネル利得ｇ_ｋ２を知っているものとする。さらに、ＵＥ＃１宛の信号を信号Ｓ_１とし、ＵＥ＃２宛の信号を信号Ｓ_２とする。このとき、多重信号ｘは以下の式で表される。
ｘ＝√ａ_１×Ｓ_１＋√ａ_２×Ｓ_２
ａ_１＋ａ_２＝１

例えば、非特許文献１に記載されている様に、ＢＳが送信する多重信号から信号Ｓ_１をＲＳ＃ｋが取り出すためには、以下の式を満たす必要がある。なお、以下の式においてρは信号対雑音比であり、Ｒ_１は、ＵＥ＃１へのターゲットレートであり閾値でもある。

同様に、ＢＳが送信する多重信号から信号Ｓ_２をＲＳ＃ｋが取り出すためには、以下の式を満たす必要がある。なお、Ｒ_２は、ＵＥ＃２へのターゲットレートであり閾値でもある。

図３は、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳからＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳを選択するためのシーケンス図である。なお、図３の処理は、ＴＳ＃ｎとＴＳ＃（ｎ＋１）との間に行われる。Ｓ１０において、各ＲＳ＃１〜＃５は、それぞれ、ＴＳ＃ｎにおいて多重信号の復号に成功したか否か、より具体的には、多重信号から信号Ｓ_１及び信号Ｓ_２を取り出すことができたか否かを式（１）及び式（２）により判定し、判定結果をＵＥ＃１及びＵＥ＃２に向けてブロードキャストする。これにより、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、ＴＳ＃ｎにおける候補ＲＳを認識する。

Ｓ１１において、ＵＥ＃１は、候補ＲＳのうち、所定条件を満たすＲＳを示す情報、例えば、ＲＳの識別子を各ＲＳ＃１〜＃５にブロードキャストする。ここで、所定条件は、所定の閾値Ｒ_１に対して、ＵＥ＃１とのチャネル利得が以下の式を満たすＲＳである。なお、所定の閾値Ｒ_１は、例えば、ＵＥ＃１に対するターゲットレートである。

Ｓ１２において、ＵＥ＃２は、候補ＲＳのうち、所定条件を満たすＲＳを示す情報、例えば、ＲＳの識別子を各ＲＳ＃１〜＃５にブロードキャストする。ここで、所定条件は、所定の閾値Ｒ_１に対して、ＵＥ＃２とのチャネル利得が以下の式を満たすＲＳである。

各ＲＳ＃１〜＃５は、式（３）及び式（４）を共に満たすＲＳの集合をＳとし、各ＲＳ＃１〜＃５は、それぞれ、集合Ｓに含まれるＲＳを示す情報をＵＥ＃１及びＵＥ＃２に向けてブロードキャストする。式（３）及び式（４）の条件を共に満たすＲＳが送信する多重信号を受信すると、ＵＥ＃１及びＵＥ＃２は、信号Ｓ_２をノイズとして見做すことができ、よって、信号Ｓ_１を復元することができる。

Ｓ１４で、ＵＥ＃２は、Ｓに含まれるＲＳのうち、ＵＥ＃２とのチャネル利得が最も大きいＲＳを示す情報を各ＲＳ＃１〜＃５にブロードキャストする。Ｓ１４で示されるＲＳが、ＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳとなる。チャネル利得が最も大きいＲＳを選択するのは、ＵＥ＃２におけるエラーの発生を抑えるためである。しかしながら、集合Ｓから他の条件に従いＴＳ＃（ｎ＋１）において多重信号を送信するＲＳを決定しても良い。

なお、図２においては、タイムスロットの終わりを設けていないが、例えば、Ｎ個のタイムスロットを１つの周期とすることができる。この場合、ＢＳは、ＴＳ＃１からＴＳ＃（Ｎ−１）番目までのタイムスロットにおいて多重信号を送信し、最後、つまり、ＴＳ＃Ｎにおいては多重信号を送信しない。また、ＲＳは、ＴＳ＃２からＴＳ＃Ｎにおいて、多重信号を送信する。また、この場合、式（１）〜式（４）の右辺は、Ｎ／（Ｎ−１）倍にする。

なお、２つのＵＥへの多重信号を送信する例で説明したため、式（３）（ＵＥ＃１へのチャネル利得の条件）と、式（４）（ＵＥ＃２へのチャネル利得の条件）の２つの条件を満たすＲＳの集合をＳとしたが、３つ以上のＵＥの場合には、同様に、ＵＥの数に等しい数の条件を満たすＲＳの集合をＳとする。また、３つ以上のＵＥがある場合、集合Ｓに含まれるＲＳから多重信号を送信するＲＳは、最も優先度の高いＵＥ以外のＵＥから任意の方法で決めておく。

また、本発明によるＢＳ、ＲＳ、ＵＥは、コンピュータを上記ＢＳ、ＲＳ、ＵＥとして動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

Claims

基地局と、複数の中継局と、複数の移動通信装置と、を含み、非直交多元アクセス技術に従い前記基地局が前記複数の中継局のいずれか１つの中継局を介して前記複数の移動通信装置それぞれへの多重信号を送信する無線アクセスシステムであって、
前記基地局は、第１タイムスロット及び前記第１タイムスロットの次の第２タイムスロットにおいて前記多重信号を送信し、
前記複数の中継局は、前記第１タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号を復号し、前記第１タイムスロットで前記基地局から受信した前記多重信号の復号に成功したかを前記第２タイムスロットの前に前記複数の移動通信装置に通知し、
前記複数の移動通信装置の移動通信装置は、それぞれ、前記第１タイムスロットで前記基地局から受信した前記多重信号の復号に成功した中継局のうち、当該移動通信装置とのチャネル利得が所定の条件を満たす中継局を示す情報を、前記複数の中継局に通知し、
前記複数の中継局は、前記複数の移動通信装置それぞれから受信するチャネル利得が前記所定の条件を満たす中継局を示す情報に基づき、前記第１タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号の復号に成功し、かつ、チャネル利得が前記所定の条件を満たす候補中継局を示す情報を前記複数の移動通信装置に送信し、
前記複数の移動通信装置のうちの第１移動通信装置は、前記候補中継局から、前記第１移動通信装置とのチャネル利得が最大の中継局を第１中継局として前記複数の中継局に通知し、
前記複数の中継局のうちの前記第１中継局は、前記第２タイムスロットにおいて、前記基地局から前記第１タイムスロットで受信した前記多重信号の復号結果に基づき前記複数の移動通信装置それぞれへの多重信号を生成して送信し、
前記複数の中継局のうちの前記第１中継局とは異なる第２中継局は、前記第２タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号を復号する、
ことを特徴とする無線アクセスシステム。
前記基地局は、前記第２タイムスロットの次の第３タイムスロットにおいて前記多重信号を送信し、
前記第２中継局のうちの第３中継局は、前記第３タイムスロットにおいて、前記基地局から前記第２タイムスロットで受信した前記多重信号の復号結果に基づき前記複数の移動通信装置それぞれへの多重信号を生成して送信し、
前記複数の中継局のうちの前記第３中継局とは異なる中継局は、前記第３タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号を復号し、
前記第３中継局は、前記第２中継局のうち、前記第２タイムスロットにおいて、前記基地局から受信する前記多重信号の復号に成功した中継局から選択されることを特徴とする請求項１に記載の無線アクセスシステム。